平面スパイラルマイクロチャネルにおける流体混合

マイクロスケールでの流体混合はさまざまな課題を提示します。その多くは、分子拡散が層流域における支配的な輸送メカニズムであるという事実から生じています。マイクロ流体システムでの改善された混合を達成するための戦略の開発に向けてかなりの進展がなされているものの、これらの技術の多くはデバイス製造および/または操作プロセスに追加の複雑さをもたらします。本研究では、複数層のアライメントを必要とせずに単一の平面ソフトリソグラフィステップを使用して構築できる形式で効率的な混合を達成するために設計されたコンパクトなスパイラル状の流れ幾何学の使用を探ります。150マイクロメートル幅と29マイクロメートル高さのチャネルのシリーズが構築され、それぞれに流れの経路に沿ったスパイラル形状のセクションが配置されました。異なるチャネル長を持つ5つのスパイラルデザインが調査され、レイノルズ数が0.02から18.6に相当する流量条件で混合研究が実施されました。適切な条件下では、横方向のディーン流が誘起され、拡散輸送が増強され、従来の平面直線チャネルデザインと比較して、はるかに短い下流距離で改善された混合が促進されます。流れの経路に沿った断面積の急激な変化を通じて膨張渦効果を取り入れることにより、混合効率をさらに向上させることができます。